KR101331322B1 - High-rigidity high-damping-capacity cast iron - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 하기 수학식 1에 나타내는 탄소당량이 3.30 내지 3.95%가 되는 C 및 Si와, Mn : 0.25 내지 1.0%와, P : 0.04% 이하와, S : 0.03% 이하와, Al : 3 내지 7%와, Sn : 0.03 내지 0.20%와, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강성 고감쇠능 주철이다.
<수학식 1>
탄소당량(%)=C량(%)+(1/3)×Si량(%)The present invention, C and Si, the carbon equivalent represented by the following formula (1) is 3.30 to 3.95%, Mn: 0.25 to 1.0%, P: 0.04% or less, S: 0.03% or less, Al: 3 to 7%, Sn: 0.03 to 0.20%, and remainder Fe and unavoidable impurities.
&Quot; (1) "
Carbon equivalent (%) = C amount (%) + (1/3) x Si amount (%)
Description
본 발명은, 영률 및 진동 감쇠성이 우수한 고강성 고감쇠능 주철에 관한 것이다. 본 발명의 주철은, 예를 들어 강성이 요구되는 공작 기계나 고정밀 공작 기계, 혹은 영률과 진동이 문제가 되는 정밀 측정기의 구조 재료 등으로서 사용함으로써, 그들의 가공 효율, 가공품의 정밀도, 정밀 정밀도를 높일 수 있다.The present invention relates to a high rigidity high attenuation cast iron having excellent Young's modulus and vibration damping properties. The cast iron of the present invention can be used, for example, as a structural material of a machine tool, a high precision machine tool requiring rigidity, or a precision measuring instrument in which Young's modulus and vibration are a problem, thereby improving their processing efficiency, precision of the workpiece, and precision precision. Can be.
종래부터, 공작 기계용 구조 재료로서, 진동 감쇠능이 비교적 우수한 편상 흑연 주철이 주로 사용되어 왔다. 편상 흑연 주철은, 편상 흑연을 다량으로 포함하는 것에 의한 복합형 방진 기구를 가지므로 강 등에 비해 감쇠능이 높고, 게다가 대형의 구조재를 제작하는 데 있어서의 성형성 및 비용의 면에서 유리한 특징을 갖고 있다. 또한, 편상 흑연 주철을 대신하는 공작 기계 구조재에 적용을 고안하여, 콘크리트계 재료, 천연 그래나이트, CFRP 등 우수한 감쇠능을 갖는 재료가 연구되어 왔다. 그러나, 모두 강성의 낮음, 가공성, 비용 등의 문제로 실용화에 이르고 있지 않다.Conventionally, flake graphite cast iron which has comparatively excellent vibration damping ability has been mainly used as a structural material for machine tools. Since flake graphite cast iron has a complex dust-proof mechanism by containing flake graphite in a large amount, it has a high damping ability compared with steel and the like, and has advantageous properties in terms of formability and cost in producing a large structural material. . In addition, by devising an application to a machine tool structural material instead of flake graphite cast iron, a material having excellent damping ability, such as concrete-based materials, natural granite, CFRP has been studied. However, none of them have been put to practical use due to problems such as low rigidity, workability and cost.
현재, 감쇠성, 주조성, 비용의 면에서 우수한 편상 흑연 주철은, 공작 기계의 베드, 테이블, 컬럼 등 구조 재료에 널리 사용되고 있다. 그러나, 가공 경화가 심한 난가공성 재료 등의 가공을 행하는 공작 기계에는, 대절입을 안정되게 유지하는 높은 강성과, 유해한 진동의 발생을 억제하는 높은 진동 감쇠능이 필요하게 된다. 이와 같이, 진동 감쇠능이 더욱 격렬하게 요구되는 경우에는, 현상의 편상 흑연 주철에서는 진동의 영향 때문에, 가공 효율, 가공품의 정밀도를 충분히 얻을 수 없는 경우가 있다.Presently, flaky graphite cast iron, which is excellent in terms of damping property, castability, and cost, is widely used in structural materials such as beds, tables, and columns of machine tools. However, a machine tool which processes hard workable materials, such as severe work hardening, requires high rigidity which keeps large infeed stable and high vibration damping ability which suppresses generation of harmful vibration. As described above, when the vibration damping ability is more intensely demanded, the processing graphite and the accuracy of the processed product may not be sufficiently obtained due to the influence of vibration in the graphite graphite cast iron in development.
종래부터 공작 기계 등에 사용되고 있는 FC300 등의 편상 흑연 주철은, 복합형 감쇠 기구를 발현하는 편상 흑연을 다량으로 포함하고 있으므로, 종래 재료 중에서는 진동 감쇠능이 우수한 구조 재료이다. 이 편상 흑연 주철의 진동 감쇠능을 개선하기 위해서는, 편상 흑연의 양을 증가시키면 된다. 그러나, 편상 흑연 주철이 증가하는 데 수반하여 동적 영률(이하, 단순히 영률이라 함)이 저하되어 버리는 문제가 있다. 편상 흑연 주철의 흑연량의 조정은, C 및 Si의 양에 의해 제어할 수 있다. 공작 기계의 구조 재료로서는, 영률이 저하되면 강성 유지를 위해 구조 재료의 두께를 증가시킬 필요가 생긴다. 그로 인해, 구조 설계상의 문제가 발생할 뿐만 아니라, 비용도 증가하게 되어 바람직하지 않다.Since flake graphite cast iron, such as FC300, which is conventionally used for machine tools and the like, contains a large amount of flake graphite expressing a complex damping mechanism, it is a structural material excellent in vibration damping ability among conventional materials. In order to improve the vibration damping ability of the graphite cast iron, it is sufficient to increase the amount of graphite graphite. However, there is a problem that the dynamic Young's modulus (hereinafter, simply referred to as Young's modulus) decreases with increasing flake graphite cast iron. The adjustment of the graphite amount of flaky graphite cast iron can be controlled by the quantity of C and Si. As the structural material of the machine tool, when the Young's modulus is lowered, it is necessary to increase the thickness of the structural material in order to maintain rigidity. As a result, there arises a problem in structural design as well as an increase in cost, which is not preferable.
진동 감쇠능을 개선하는 방법으로서, 편상 흑연 주철의 기지 조직을 베이나이트나 마르텐사이트로 형성시키는 방법이 제안되어 있다[주조 공학 68(1996)876]. 그러나, 이들의 방법에서는 진동 감쇠능이 개선되는 것에 수반하여 영률이 저하되므로, 양자의 양립은 어렵다. 또한, 진동 감쇠능을 개선하는 방법은, 예를 들어 일본 특허 공개 소63-140064호 공보(특허 문헌 1), 일본 특허 공개 제2001-200330호 공보(특허 문헌 2), 일본 특허 공개 제2002-348634호 공보(특허 문헌 3)에 개시되어 있다. 특허 문헌 1 내지 특허 문헌 3 모두 대수 감쇠능을 개선하는 방법 등이 기재되어 있다.As a method of improving the vibration damping ability, a method of forming the matrix structure of flake graphite cast iron from bainite or martensite has been proposed (casting engineering 68 (1996) 876). However, in these methods, the Young's modulus decreases with the improvement of the vibration damping ability, so that both are difficult. Moreover, the method of improving the vibration damping ability is Unexamined-Japanese-Patent No. 63-140064 (patent document 1), Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-200330 (patent document 2), and Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-, for example. It is disclosed in 348634 (patent document 3). Patent Documents 1 to 3 disclose methods for improving logarithmic attenuation.
이들 특허 문헌 1 내지 특허 문헌 3에는, 진동 감쇠능의 측정 결과는 개시되어 있다. 그러나, 영률에 관해서는 전혀 기재되어 있지 않으므로, 그 값은 불분명하다. 구체적으로는, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2는 브레이크 재료에 관한 것이므로, 영률은 필요 불가결하지 않고 오히려 강도가 중요시되는 것이 추측된다. 특히, 특허 문헌 1에는, 회주철 정도의 우수한 강도를 갖고, 또한 회주철 이상의 우수한 감쇠능을 갖는 브레이크 재료를 제공하는 것이 발명의 목적인 취지가 기재되어 있다. 특허 문헌 3에는, 공작 기계, 정밀 가공 기기의 제진성 향상도 시야에 있어서 제진 성능을 개량하기 위해 알루미늄 함유 제진 주철을 발명한 취지가 기재되어 있다. 그러나, 기계 정밀도의 유지를 도모하기 위해서는, 구조 재료의 강성을 유지하는 것은 필요 불가결하지만, 그것이 개시되어 있지 않다.In these patent documents 1-3, the measurement result of the vibration damping ability is disclosed. However, since the Young's modulus is not described at all, its value is unclear. Specifically, since Patent Document 1 and Patent Document 2 relate to brake materials, it is inferred that the Young's modulus is not indispensable but rather the strength is important. In particular, Patent Document 1 discloses that an object of the invention is to provide a brake material having an excellent strength of gray cast iron and excellent damping ability of gray cast iron or more. Patent Document 3 describes the invention of the aluminum-containing damping cast iron in order to improve the vibration damping performance in the degree of vibration suppression improvement of machine tools and precision machining equipment. However, in order to maintain the mechanical precision, it is indispensable to maintain the rigidity of the structural material, but this is not disclosed.
이들 특허 문헌 1 내지 특허 문헌 3으로부터, 알루미늄을 첨가함으로써 진동 감쇠능을 개선할 수 있다고 알지만, 그 방법은 자세히 보면 다르다. 구체적으로는, 특허 문헌 1은, 알루미늄을 첨가한 주철을 열처리함으로써 진동 감쇠능이 우수하고, 강도 있는 재료를 얻고 있다. 특허 문헌 2는, Al 첨가의 경화와 과공정 조성으로 하여 흑연의 증량과 미세 기공을 형성함으로써 진동 감쇠능의 개선이 도모되고 있지만, 이 방법은 영률이 크게 저하된다고 추측된다. 특허 문헌 3은, 알루미늄을 첨가하여 진동 감쇠능의 개선을 도모하고 있는 예이지만, 영률에 관해서는 접촉하고 있지 않다. 즉, 특허 문헌 1 내지 특허 문헌 3에 기재되어 있는 방법에서는, 반드시 영률 및 진동 감쇠능의 양립은 도모할 수 없으므로, 더욱 진동 감쇠능을 개선할 필요가 있다.It is understood from these Patent Documents 1 to 3 that the vibration damping ability can be improved by adding aluminum, but the method is different in detail. Specifically, Patent Document 1 obtains a material having excellent vibration damping ability and high strength by heat treatment of cast iron containing aluminum. Patent Literature 2 is intended to improve vibration damping ability by increasing the amount of graphite and forming fine pores by curing the Al addition and forming an over-process composition. However, it is assumed that the Young's modulus is greatly reduced. Although patent document 3 is the example which aims at the improvement of the vibration damping ability by adding aluminum, it does not contact about a Young's modulus. That is, in the methods described in Patent Literatures 1 to 3, both the Young's modulus and the vibration damping ability cannot be achieved, and therefore, the vibration damping ability needs to be further improved.
본 발명은, 종래 기술의 문제였던 영률과 진동 감쇠능을 양립시키면서, 또한 진동 감쇠능을 개선할 수 있는 영률 및 진동 감쇠성이 우수한 고강성 고감쇠능 주철을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a high stiffness high damping cast iron having both a Young's modulus and a vibration damping ability, which is a problem of the prior art, and which can improve the vibration damping ability.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 고강성 고감쇠능 주철(제1 발명)은, 하기 수학식 1에 나타내는 탄소당량이 3.30 내지 3.95%가 되는 C 및 Si와, Mn : 0.25 내지 1.0%와, P : 0.04% 이하와, S : 0.03% 이하와, Al : 3 내지 7%와, Sn : 0.03 내지 0.20%와, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the high-strength high-damping cast iron (first invention) according to the present invention includes C and Si having a carbon equivalent of 3.30 to 3.95% represented by the following formula (1), and Mn: 0.25 to 1.0%. And P: 0.04% or less, S: 0.03% or less, Al: 3 to 7%, Sn: 0.03 to 0.20%, and the remainder by weight Fe and unavoidable impurities.
<수학식 1>&Quot; (1) "
탄소당량(%)=C량(%)+(1/3)×Si량(%)Carbon equivalent (%) = C amount (%) + (1/3) x Si amount (%)
또한, 본 발명에 관한 고강성 고감쇠능 주철(제2 발명)은, 상기 수학식 1에 나타내는 탄소당량이 3.30 내지 3.95%가 되는 C 및 Si와, Mn : 0.05 내지 0.65%와, P : 0.04% 이하와, S : 0.03% 이하와, Al : 3 내지 7%와, Sn : 0.03 내지 0.20%와, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the high-rigidity high-damping cast iron (second invention) according to the present invention includes C and Si having a carbon equivalent of 3.30 to 3.95%, Mn: 0.05 to 0.65%, and P: 0.04. It is characterized by consisting of% or less, S: 0.03% or less, Al: 3 to 7%, Sn: 0.03 to 0.20%, and the remainder of Fe and unavoidable impurities.
본 발명에 따르면, 영률과 진동 감쇠능을 양립시키면서, 또한 진동 감쇠능을 개선할 수 있는 영률 및 진동 감쇠성이 우수한 고강성 고감쇠능 주철을 얻을 수 있다. 구체적으로는, 종래부터 사용되고 있는 진동 감쇠능이 우수한 편상 흑연 주철과 같은 정도의 영률을 가지면서 또한 대폭으로 진동 감쇠능이 우수한 고강성 고감쇠능 주철을 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain a high stiffness high damping cast iron having both a Young's modulus and a vibration damping ability, and also having excellent Young's modulus and vibration damping properties, which can improve the vibration damping ability. Specifically, a highly rigid high-damping cast iron having a Young's modulus similar to that of conventionally-formed graphite cast iron with excellent vibration damping ability and excellently excellent in vibration damping ability can be obtained.
도 1은, Mn을 소량으로 제어한 경우와 그렇지 않은 경우의 대수 감쇠율(×10-4)과 영률(㎬)의 관계를 나타내는 특성도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a characteristic diagram showing the relationship between the logarithmic decay rate (× 10 −4 ) and the Young's modulus when Mn is controlled in a small amount and when it is not;
이하, 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
편상 흑연 주철은, Al(알루미늄)의 첨가량에 수반하여 진동 감쇠능이 개선되지만 한계가 나타난다. 예를 들어, Al의 첨가량을 순차적으로 늘려 그 진동 감쇠능 및 영률을 측정하면, 3% Al 첨가부터 개선이 보이지만, 7%를 초과하면 진동 감쇠능은 오히려 저하된다. 그러나, 본 발명자들은, 이들 Al을 첨가한 편상 흑연 주철에 주석(Sn)을 적량 첨가하면, 영률 및 진동 감쇠능이 개선되는 것을 구명하는 데 이르렀다. 또한, 본 발명자들은, 진동 감쇠능 및 영률은 편상 흑연 주철의 탄소당량(C.E.), (C/Si) 중량비, Al, Sn의 첨가량의 조정에 의해 크게 변동하는 것도 명백하게 하였다. 영률을 유지한 상태에서 진동 감쇠능을 개선하기 위해서는, 특허청구범위에 기재하는 C.E., (C/Si) 중량비, Al, Sn의 값의 적정한 조정이 필요하다.Although flaky graphite cast iron improves vibration damping ability with the addition amount of Al (aluminum), a limit appears. For example, when the addition amount of Al is sequentially increased and the vibration damping ability and Young's modulus are measured, improvement is seen from 3% Al addition, but when it exceeds 7%, the vibration damping ability is rather lowered. However, the inventors of the present invention have found out that an appropriate amount of tin (Sn) is added to the flake graphite cast iron containing Al, thereby improving the Young's modulus and vibration damping ability. In addition, the inventors also made clear that the vibration damping ability and the Young's modulus largely varied by adjusting the carbon equivalent (C.E.), (C / Si) weight ratio, and Al and Sn addition amounts of the flake graphite cast iron. In order to improve the vibration damping ability in a state where the Young's modulus is maintained, appropriate adjustment of the values of C.E., (C / Si) weight ratio, Al and Sn described in the claims is required.
본 발명에 있어서, Al : 3 내지 7%로 규정하는 것은 다음의 이유에 의한다. 즉, Al과 Sn을 첨가한 편상 흑연 주철에서 Al의 첨가량이 진동 감쇠능에 바람직한 영향을 미치는 것은 3%부터로, 3%보다 적은 경우, 개선 효과는 거의 확인되지 않는다. 또한, 6% 이상이 되면 진동 감쇠능은 서서히 저하되고, 7%를 초과하면 더욱 진동 감쇠능이 저하된다. 그리고, Al의 첨가량이 7%를 초과하면, Al의 첨가에 의해 형성되는 철 Al 탄화물이 경하고 취약해지므로, 깨지기 쉽고 또한 가공성이 악화된다. 그로 인해, Al의 적정 첨가량을 3 내지 7%로 하였다.In the present invention, Al: 3 to 7% is defined for the following reason. In other words, in the flake graphite cast iron to which Al and Sn are added, the addition amount of Al preferably affects the vibration damping ability from 3%. When less than 3%, the improvement effect is hardly confirmed. Moreover, when it is 6% or more, the vibration damping ability will fall gradually, and when it exceeds 7%, the vibration damping ability will further fall. And when the addition amount of Al exceeds 7%, the iron Al carbide formed by the addition of Al becomes weak and fragile, so it is fragile and the workability deteriorates. Therefore, the proper addition amount of Al was made into 3 to 7%.
Al 첨가에 의한 편상 흑연 주철의 진동 감쇠능의 개선 기구에 관해서는, Al을 고용한 철 합금의 형성에 의한 것으로 하는 설(전자)과, 철 Al 탄화물의 형성에 의한 것으로 하는 설(후자)이 있지만, 본 발명자들의 연구에서는 후자의 설을 취하고 있다. 어느 쪽 설도 이들의 형성되는 물질이 강자성형의 감쇠 기구에 의한 것이라 추측되고 있는 점에서는 동일하다.Regarding the improvement mechanism of the vibration damping ability of the flake graphite cast iron by Al addition, the tongue (electron) by forming iron alloy containing Al and the tongue (the latter) by forming iron Al carbide are However, the present study takes the latter theory. Either way, they are the same in that they are assumed to be due to a ferromagnetic damping mechanism.
본 발명에 있어서, Sn : 0.03 내지 0.2%로 규정하는 것은 다음의 이유에 의한다. 즉, Sn의 첨가량은 지나치게 적으면, 영률 및 진동 감쇠능의 개선 효과가 확인되지 않는다. 0.03% 정도부터 영률, 진동 감쇠능의 개선에 효과를 나타내고, 0.08% 전후에서 가장 현저한 효과를 나타낸다. Sn의 첨가량이 많아지면 점차 효과가 저감되고, 0.2% 이상이 되면 효과가 크게 저하되어, 개선 효과를 얻을 수 없게 된다. 그로 인해, Sn의 첨가량은 0.03 내지 0.2%가 적정치이다. Sn은 영률, 진동 감쇠능의 개선에 효과가 있는 원소이다.In the present invention, the definition of Sn: 0.03 to 0.2% is based on the following reason. That is, when the addition amount of Sn is too small, the improvement effect of a Young's modulus and vibration damping ability is not confirmed. From 0.03% or so, it is effective in improving the Young's modulus and vibration damping ability, and the most significant effect is around 0.08%. When the amount of Sn added increases, the effect gradually decreases, and when it becomes 0.2% or more, the effect greatly decreases, and the improvement effect cannot be obtained. Therefore, 0.03 to 0.2% of Sn addition amount is a suitable value. Sn is an element which is effective in improving Young's modulus and vibration damping ability.
또한, Sn 첨가에 의한 개선 효과의 기구에 대해서는 여러 설이 있지만, 다음과 같이 생각된다. 즉, 편상 흑연 주철에 Al을 첨가하면, 철과 Al과 탄소의 반응에 의해 철 Al 탄화물이 형성된다고 되어 있다. 또한, 철 Al 탄화물은, 강자성체이며, 강자성체형의 진동 감쇠 기구를 발현한다고 되어 있다. 본 발명자들의 연구에 따르면, Al의 첨가량을 늘려 가면, 철 Al 탄화물이 증가하게 되지만, 약 6% 전후에서 철 Al 탄화물이 증가하지 않게 된다. 그러나, Sn을 첨가하면, Al 단독의 첨가에 비교하여 항상 보다 많은 철 Al 탄화물이 형성되게 되고, 그 결과 Sn 첨가에 의한 개선 효과가 나타나는 것이라 생각된다.Moreover, although there are various theories about the mechanism of the improvement effect by addition of Sn, it thinks as follows. That is, when Al is added to flake graphite cast iron, iron Al carbide is formed by reaction of iron, Al, and carbon. In addition, iron Al carbides are ferromagnetic, and it is said that the ferromagnetic type vibration damping mechanism is expressed. According to the researches of the present inventors, increasing the amount of Al added increases the iron Al carbides, but the iron Al carbides do not increase around 6%. However, when Sn is added, more iron Al carbides are always formed as compared with the addition of Al alone, and as a result, it is thought that the improvement effect by addition of Sn appears.
본 발명에 있어서, 본 발명의 고강성 고감쇠능 주철은, 상기 Al, Sn 이외에, C, Si, Mn, P, S 등을 포함하고 있다. 여기서, C 및 Si의 양은 이후에 상세하게 서술하는 바와 같다.In the present invention, the highly rigid high-damping cast iron of the present invention contains C, Si, Mn, P, S, and the like in addition to Al and Sn. Here, the amounts of C and Si are as described in detail later.
Mn은 통상의 편상 흑연 주철의 경우와 마찬가지로, 0.25 내지 1.0%로 한다. 이 이유는, Mn은 0.25% 이상에서는 주철의 강도, 경도를 증가시키지만, 1.0%를 초과하면 주철을 냉각화시켜, 경하고 취약하게 하므로, 상기 수치 범위로 하였다.Mn is made 0.25 to 1.0% similarly to the case of normal flaky graphite cast iron. The reason for this is that Mn increases the strength and hardness of cast iron at 0.25% or more, but if it exceeds 1.0%, the cast iron is cooled and made weak and brittle.
또한, 제2 발명에 있어서는, Mn(망간)량은, 0.05 내지 0.65%로 한다. 이 이유는, 이하와 같다. 즉, Mn량이 0.65%를 초과하면, 진동 특성이 저하되므로 주철 조성 중의 Mn량은 0.65% 이하로 한다. Mn량은 적은 쪽이 진동 특성은 좋아지지만, 주철 원료 내에 원래 소량의 Mn이 함유되어 있으므로, 필요 이상으로 저감시키는 것은 비용적인 면에서 불이익이 된다. 따라서, Mn량의 하한치는 0.05%로 한다. 또한, Mn량이 0.65%를 넘는 경우에 진동 감쇠능이 저하되는 이유는, 현재 시점에서 불분명하다.In addition, in 2nd invention, Mn (manganese) amount is made into 0.05 to 0.65%. This reason is as follows. That is, when Mn amount exceeds 0.65%, since a vibration characteristic will fall, Mn amount in a cast iron composition shall be 0.65% or less. The smaller the Mn amount, the better the vibration characteristics. However, since a small amount of Mn is originally contained in the cast iron raw material, it is disadvantageous in terms of cost reduction. Therefore, the lower limit of the amount of Mn is made 0.05%. In addition, the reason why the vibration damping ability falls when the Mn amount exceeds 0.65% is unclear at this time.
P는 통상의 편상 흑연 주철의 경우와 마찬가지로, 0.04% 이하로 한다. 이 이유는, P는 0.04%를 초과하면, 철과 반응하여 경한 화합물인 스테다이트를 형성하여 주철을 취약하게 하므로, 상기 수치 범위로 하였다.P is made into 0.04% or less similarly to the case of normal flaky graphite cast iron. The reason for this is that when P exceeds 0.04%, it reacts with iron to form steadite, which is a hard compound, to make cast iron brittle, so that the above numerical range is set.
S는, 통상의 편상 흑연 주철의 경우와 마찬가지로, 0.03% 이하로 한다. 이 이유는, S가 0.03%를 초과하면, 용탕의 유동성을 악화시키는 동시에, 주철을 냉각화시켜 경하고 취약하게 하기 때문이다.S is made into 0.03% or less similarly to the case of normal flaky graphite cast iron. This is because if S exceeds 0.03%, the fluidity of the molten metal is deteriorated, and the cast iron is cooled to make it soft and fragile.
본 발명에 있어서, 상기 수학식 1에 나타내는 탄소당량은 상기한 바와 같이3.30 내지 3.95%로 하는 것이 바람직하다. 탄소당량은, 커지면 진동 감쇠능이 개선되어 영률이 저하된다. 탄소당량의 증감에서는 양자의 양립은 불가능하지만, 진동 감쇠능과 영률에 미치는 영향은 크기 때문에 적정한 값으로 할 필요가 있다. Al이 첨가된 경우, 종래의 편상 흑연 주철에 비교하여, 오스테나이트와 흑연의 공정 반응이 일어나는 공정 조성이 변화한다. 종래의 편상 흑연 주철은 상기 수학식 1로 나타내어지는 탄소당량이 4.3%에서 공정 반응을 발생하지만, Al이 첨가되면 이 값보다도 작은 값으로 공정 반응이 일어나게 된다. 공정 조성보다 큰 탄소당량이 되면 과공정이 되어 영률이 크게 저하되므로 바람직하지 않다.In the present invention, the carbon equivalent represented by the above formula (1) is preferably 3.30 to 3.95% as described above. As the carbon equivalent becomes larger, the vibration damping ability is improved and the Young's modulus is lowered. Both of them are not compatible with the increase or decrease of the carbon equivalent, but the influence on the vibration damping ability and the Young's modulus is large, so it is necessary to set it to an appropriate value. When Al is added, compared with the conventional flaky graphite cast iron, the process composition in which the process reaction of austenite and graphite occurs changes. Conventional flaky graphite cast iron generates a process reaction at a carbon equivalent of 4.3%, but when Al is added, the process reaction occurs at a value smaller than this value. If the carbon equivalent is larger than the process composition, it is not preferable because it becomes overprocess and the Young's modulus is greatly reduced.
본 발명의 경우, 탄소당량(C.E.)이 3.95%를 초과하면, 진동 감쇠능이 크게 개선되지만, 영률이 크게 저하된다. 이는, 탄소당량이 공정 조성을 초과하여 과공정이 되기 때문이라 생각된다. 탄소당량이 작은 경우에는, 흑연의 형성량이 감소되므로 영률이 개선되지만, 진동 감쇠능이 저하되므로, 3.3% 이상의 탄소당량이 필요하다. 따라서, 탄소당량은 3.30 내지 3.90이 바람직하다.In the present invention, when the carbon equivalent (C.E.) exceeds 3.95%, the vibration damping ability is greatly improved, but the Young's modulus is greatly reduced. It is considered that this is because the carbon equivalent exceeds the process composition and becomes an overprocess. In the case where the carbon equivalent is small, the Young's modulus is improved because the amount of graphite is formed, but the vibration damping ability is lowered, so that a carbon equivalent of 3.3% or more is required. Therefore, the carbon equivalent is preferably 3.30 to 3.90.
단, C량과 Si량의 비(C량/Si량)는, 1.3 내지 1.9가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.4 내지 1.8이다. 이 이유는, C량/Si량이 1.3 미만 및 1.9를 초과하면 대수 감쇠율이 크게 저하되기 때문이다.However, as for ratio (C amount / Si amount) of C amount and Si amount, 1.3-1.9 are preferable, More preferably, it is 1.4-1.8. This is because the logarithmic decay rate decreases significantly when the amount of C / Si exceeds 1.3 and exceeds 1.9.
다음에, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 비교예와 함께 설명한다.Next, specific examples of the present invention will be described together with comparative examples.
(실시예 1 내지 실시예 5 및 비교예 1 내지 비교예 11)(Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 11)
우선, 고주파 용해로를 사용하여 주철의 조성을 조정하였다. 다음에, 흑연 도가니에 FC300으로 제작한 주철괴, 가탄재, 페로망간, 탄화규소를 넣어 용해하고, 그 후 페로실리콘과 가탄재로 탄소량, 실리콘량을 조정하여, 용해량을 약 20㎏으로 하였다. 단, 얻어지는 주조품의 Al량은 페로알루미늄, 주석량은 순주석을 첨가하여 조정하였다. 또한, 용해 온도는 약 1450℃로 하였다. 출탕 전에 Ca-Si-Ba계 접종제를 첨가한 후, φ30×300㎜의 푸란 자경성 주형에 주입하였다.First, the composition of the cast iron was adjusted using a high-frequency melting furnace. Next, cast iron ingot, petroleum ash, ferro-manganese and silicon carbide were dissolved in the graphite crucible, and after that, the amount of carbon and silicon were adjusted with ferrosilicon and petroleum ash, and the amount of dissolution was about 20 kg. It was. However, the amount of Al in the cast product obtained was adjusted by adding ferroaluminum and pure tin. The melting temperature was about 1450 캜. Ca-Si-Ba type inoculum was added before tapping, and it injected | poured into the furan hard mold of (phi) 30 * 300mm.
얻어진 주조품을 4×20×200㎜로 가공하여, 진동 감쇠능의 평가치로서 대수 감쇠율 및 동적 영률을 구하였다. 시험 방법은, JISG0602에 준거하였다. 즉, 시험편을 2개 현수하여 전자기 가진기로 1×10-4의 변형 진폭을 부여하고, 그 후 가진을 멈추고 자유 쇠퇴시켜, 대수 감쇠율과 동적 영률을 구하였다. 이와 같이 하여 얻어진 주조품의 특성을 하기 표 1에 나타낸다. 단, 대수 감쇠율은, 진동의 변형 진폭이 1×10-4일 때의 값을 나타냈다.The obtained cast product was processed to 4 x 20 x 200 mm, and the logarithmic damping rate and the dynamic Young's modulus were determined as evaluation values of the vibration damping ability. The test method was based on JISG0602. That is, two test specimens were suspended, and a strain amplitude of 1 × 10 −4 was applied with an electromagnetic exciter, and then, the excitation was stopped and freely decayed. The properties of the cast product thus obtained are shown in Table 1 below. However, the logarithmic damping ratio showed a value when the strain amplitude of vibration was 1 × 10 −4 .
상기 표 1로부터, 다음의 것이 명백해진다. Al과 Sn을 동시에 첨가한 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5는, Al을 단독 첨가한 비교예 2, 비교예 3, 비교예 4, 비교예 5에 비교하여, 영률 및 대수 감쇠율이 우수한 값을 나타내고 있다. Al의 첨가량, 탄소당량에 의해 특성은 크게 변화하므로, 이들이 대략 동일 조건의 실시예 2와 비교예 2, 실시예 3과 비교예 3, 실시예 4와 비교예 4, 실시예 5와 비교예 5를 비교하면, Al과 Sn을 동시에 첨가한 경우가 보다 좋은 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.From the said Table 1, the following becomes clear. Example 2, Example 3, Example 4, and Example 5 which added Al and Sn simultaneously are Young's modulus compared with Comparative Example 2, Comparative Example 3, Comparative Example 4, and Comparative Example 5 which added Al alone. The value of the logarithmic attenuation rate is excellent. Since the properties are greatly changed by the amount of Al added and the carbon equivalents, these are substantially the same conditions as Example 2, Comparative Example 2, Example 3, Comparative Example 3, Example 4, Comparative Example 4, Example 5 and Comparative Example 5 Comparing with, it can be seen that when Al and Sn are added at the same time better properties.
비교예 1은, Al과 Sn을 동시에 첨가한 주조품이다. 그러나, 탄소당량이 높기 때문에 대수 감쇠율은 높지만, 영률이 크게 저하되어, 공작 기계 등에 필요하게 되는 영률 즉 100㎬를 유지할 수 없게 된다. 따라서, 강성의 필요한 구조 부재에는 사용할 수 없게 된다. 실시예 1은, Sn의 첨가량이 적은 경우의 예로, 동등한 탄소당량 및 Al 첨가량을 갖는 실시예 3에 비교하면, 대수 감쇠율의 개선 효과가 작아진다. 또한, 표 1에는 기재하고 있지 않지만, 또한 Sn의 첨가량이 0.03%보다도 작은 경우에는, Sn을 첨가하는 효과가 거의 없어진다.Comparative Example 1 is a cast product to which Al and Sn are added at the same time. However, because the carbon equivalent is high, the logarithmic damping rate is high, but the Young's modulus is greatly lowered, so that the Young's modulus required for a machine tool or the like cannot be maintained. Therefore, it cannot be used for a rigid structural member. In Example 1, the improvement effect of a logarithmic attenuation rate becomes small compared with Example 3 which has the equivalent carbon equivalent and Al addition amount as an example in the case where the addition amount of Sn is small. In addition, although not shown in Table 1, when Sn addition amount is smaller than 0.03%, the effect of adding Sn hardly disappears.
비교예 6은 Al이 7%를 초과한 경우의 예로, Al의 첨가량이 많아지면 주조품이 경해지고, 가공성이 매우 나빠져 실용상은 사용할 수 없다. 비교예 7은, 탄소당량이 지나치게 낮은 경우의 예로 대수 감쇠율이 크게 저하되므로 바람직하지 않다. 비교예 8, 비교예 9, 비교예 10, 비교예 11은, 종래의 편상 흑연 주철의 예이다. 이들과 비교하면, 실시예 모두 영률이 동등하면, 이들의 편상 흑연 주철보다도 대수 감쇠율이 높은 것을 알 수 있다.Comparative Example 6 is an example of the case where Al exceeds 7%. When the amount of Al added is large, the cast product becomes harder, and the workability is very poor, and thus cannot be used practically. Comparative example 7 is not preferable because the logarithmic damping rate is greatly reduced as an example of a case where the carbon equivalent is too low. Comparative Example 8, Comparative Example 9, Comparative Example 10, and Comparative Example 11 are examples of conventional flaky graphite cast iron. Compared with these, when an Young's modulus is the same in all the Examples, it turns out that logarithmic attenuation rate is higher than these flaky graphite cast iron.
또한, 상기 표 1에 있어서, 비교예 1에서는 C.E.가 낮으므로, E(영률)가 낮다. 실시예 1에서는, Sn이 적은 한계이다. 비교예 6에서는, Al이 많으면 주철이 경하다. 비교예 7에서는, C.E.가 지나치게 낮다.In Table 1, C.E. is low in Comparative Example 1, so that E (Young's modulus) is low. In Example 1, Sn is a limit small. In Comparative Example 6, when there is much Al, cast iron is hard. In Comparative Example 7, C.E. is too low.
이상 서술한 바와 같이, Al과 Sn을 동시에 첨가한 편상 흑연 주철은, 종래의 편상 흑연 주철이나 Al만을 첨가한 편상 흑연 주철에 비해, 영률이 같은 경우에 대수 감쇠율이 보다 개선된 주철을 얻을 수 있다. 또한, 공작 기계 등에 필요한 영률 즉 100㎬를 유지하면서, 종래의 주철보다도 높은 진동 감쇠능을 얻을 수 있다.As described above, the flake graphite cast iron to which Al and Sn are added simultaneously can obtain cast iron with more improved logarithmic attenuation rate when the Young's modulus is the same as compared with conventional flake graphite cast iron or flake graphite cast iron containing only Al. . In addition, while maintaining the Young's modulus, i.e., 100 Hz, required for a machine tool, vibration damping ability higher than that of conventional cast iron can be obtained.
(실시예 6 내지 실시에 10 및 비교예 12 내지 비교예 16)(Examples 6 to 10 and Comparative Examples 12 to 16)
우선, 고주파 용해로를 사용하여 주철의 조성을 조정하였다. 다음에, 흑연 도가니에 FC300으로 제작한 주철괴, 가탄재, 페로망간, 탄화규소를 넣어 용해하고, 그 후 페로실리콘과 가탄재로 탄소량, 실리콘량을 조정하고, 용해량을 약 250㎏으로 하였다. 단, 얻어지는 주조품의 Al량은 페로알루미늄, 주석량은 순주석을 첨가하여 조정하였다. 또한, 용해 온도는 약 1500℃로 하였다. 출탕 전에 Ca-Si-Ba계 접종제를 첨가한 후, φ30×300㎜의 푸란 자경성 주형에 주입하였다.First, the composition of the cast iron was adjusted using a high-frequency melting furnace. Next, cast iron ingot, petroleum ash, ferro-manganese and silicon carbide were dissolved in the graphite crucible, and then the amount of carbon and silicon were adjusted with ferrosilicon and petroleum ash, and the amount of dissolution was about 250 kg. It was. However, the amount of Al in the cast product obtained was adjusted by adding ferroaluminum and pure tin. In addition, the melting temperature was about 1500 degreeC. Ca-Si-Ba type inoculum was added before tapping, and it injected | poured into the furan hard mold of (phi) 30 * 300mm.
얻어진 주조품을 4×20×200㎜로 가공하여, 진동 감쇠능의 평가치로서 대수 감쇠율 및 동적 영률을 구하였다. 시험 방법은, JISG0602에 준거하였다. 즉, 시험편을 2개 현수하여 전자기 가진기로 1×10-4의 변형 진폭을 부여하고, 그 후 가진을 멈추고 자유 쇠퇴시켜, 대수 감쇠율과 동적 영률을 구하였다. 이와 같이 하여 얻어진 주조품의 특성을 하기 표 2에 나타낸다. 단, 대수 감쇠율은, 진동의 변형 진폭이 1×10-4일 때의 값을 나타냈다.The obtained cast product was processed to 4 x 20 x 200 mm, and the logarithmic damping rate and the dynamic Young's modulus were determined as evaluation values of the vibration damping ability. The test method was based on JISG0602. That is, two test specimens were suspended, and a strain amplitude of 1 × 10 −4 was applied with an electromagnetic exciter, and then, the excitation was stopped and freely decayed. The properties of the cast product thus obtained are shown in Table 2 below. However, the logarithmic damping ratio showed a value when the strain amplitude of vibration was 1 × 10 −4 .
도 1은 Mn을 0.05 내지 0.65%의 소량으로 제어한 경우와 그렇지 않은 경우의 대수 감쇠율(×10-4)과 영률(㎬)의 관계를 나타내는 특성도이다. Mn량을 낮게 억제한 실시예 6 내지 실시예 12의 동적 영률-대수 감쇠율의 값을 선으로 연결하여 얻은 라인 a와, 마찬가지로 Mn량이 0.65% 이상의 많은 비교예 12 내지 비교예 16의 경우의 동적 영률-대수 감쇠율의 값을 선으로 연결하여 얻은 라인 b를 비교하면, 전자의 라인 a가 높은 위치에 있는 것을 알 수 있다. 또한, Mn량을 낮게 억제한 실시예 6 내지 실시예 12의 경우에는, Mn이 많은 경우에 비교하여, 동일한 영률로 비교하면 대수 감쇠율이 30포인트 높은 값을 나타냈다. 이는 약 10%의 차이다.Fig. 1 is a characteristic diagram showing the relationship between the logarithmic damping rate (x10 -4 ) and the Young's modulus when Mn is controlled in a small amount of 0.05 to 0.65% and when it is not. The dynamic Young's modulus in the case of Comparative Examples 12 to 16, in which Mn amount was 0.65% or more, as well as line a obtained by connecting the values of the dynamic Young's modulus-Logarithmic attenuation factor of Examples 6 to 12 with a low Mn amount to a line. Comparing the line b obtained by connecting the values of the logarithmic attenuation rates with a line, it can be seen that the line a of the electron is at a high position. In addition, in Examples 6 to 12 in which the amount of Mn was kept low, the logarithmic attenuation rate was 30 points higher when compared with the case where Mn was large, compared with the same Young's modulus. This is a difference of about 10%.
또한, 본 발명은, 상기 실시 형태 그대로 한정되는 것은 아니며, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 Al, Sn, C, Si, Mn, P, S 등의 조성을 적절하게 바꾸어 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 조성의 적당한 조합에 의해 다양한 발명을 형성할 수 있다.In addition, this invention is not limited to the said embodiment as it is, In an implementation step, the composition of Al, Sn, C, Si, Mn, P, S etc. can be changed suitably in the range which does not deviate from the summary. Moreover, various inventions can be formed by suitable combination of the some composition disclosed by the said embodiment.
Claims (2)
<수학식 2>
탄소당량(%)=C량(%)+(1/3)×Si량(%)C and Si having a carbon equivalent of 3.30 to 3.95%, Mn: 0.05 to 0.65%, P: 0.04% or less, S: 0.03% or less, Al: 3 to 7%, Sn: 0.03-0.20%, and the high-strength high-damping cast iron characterized by consisting of remainder Fe and an unavoidable impurity.
&Quot; (2) "
Carbon equivalent (%) = C amount (%) + (1/3) x Si amount (%)
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